多晶硅的還原工藝自動控制技術(shù)

桂偉兵

（江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇徐州 221004）

多晶硅的還原工藝自動控制技術(shù)

桂偉兵

（江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇徐州 221004）

首先分析了在多晶硅生產(chǎn)過程中存在的一些問題，接著通過從系統(tǒng)功能的設(shè)計出發(fā)，然后說明電流的預(yù)測模塊的重要性，最后，在自動控制技術(shù)方面，通過一些程序的設(shè)立和改進提高還原工藝的自動化程度，還從安全方面分析了自動控制技術(shù)的優(yōu)點。

對晶硅；還原工藝；自動控制技術(shù)

在多晶硅的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些溫度和電流波動的問題，這些問題的引起因素有很多，這些因素極大地影響了多晶硅的生產(chǎn)，還原過程。例如在一起的多晶硅還原過程中，會按照事先約定好的溫度曲線去調(diào)節(jié)硅棒上不同時刻的電流值，或用PID調(diào)節(jié)方式對硅棒進行逐步加熱。但是這個方法有很明顯的缺點，它還是無法對由于各種不確定因素引起的溫度和電路波動進行控制，也就無法保證整個還原反應(yīng)正常穩(wěn)定的進行，會導致多晶硅裂棒和倒棒的現(xiàn)象，甚至可能會中途停爐，最后的產(chǎn)量，質(zhì)量等結(jié)果自然也是不令人滿意的。在多晶硅生產(chǎn)時，一般是需要在1 000℃以上的環(huán)境下進行還原反應(yīng)的，這樣苛刻的條件極大地增加了生產(chǎn)過程中的自動控制。另外，還原生產(chǎn)是一個間歇進行的過程，與其他進行常規(guī)的連續(xù)生產(chǎn)過程不同，在整個生產(chǎn)還原的過程中都需要進行精確地控制。所以，如果能利用好多晶硅還原工藝中的自動控制技術(shù)，將會大大提高工作效益，也保障了安全。

1 系統(tǒng)功能的設(shè)計

目前有進料程序，電氣調(diào)節(jié)控制，安全保護這三個方面去進行多晶硅還原工藝自動控制的技術(shù)。

1.1進料程序

目前我們的工藝手段還不是很成熟，所以在進行進料程序的時候，可以分為兩個模塊，一個是可以按照時間全部自動加料的程序，還有一個是在正常停爐的時候，進行全自動的減料程序。

1.2調(diào)功控制

對電氣的調(diào)節(jié)控制也可以分三個種類：加減電流程序、功率控制程序和自動擊穿程序。其中加減電流程序又可以分為按鈕加電流，按時間全自動加電流，按溫度自動加電流，正常停爐時全自動減電流。

2 電流預(yù)測模塊

1）多晶硅生產(chǎn)過程中設(shè)立一個電流預(yù)測模塊，可以對還原爐中加熱硅棒電流值進行預(yù)測和處理，由于還原爐是自動控制的，所以其在生產(chǎn)過程中可能會出現(xiàn)由一些不確定因素引起的各種各樣的問題，而電流預(yù)測模塊的設(shè)立能夠很好地適應(yīng)這個問題，以保證整個多晶硅生產(chǎn)過程能夠完整順利地進行。

預(yù)測模塊的工作原理是：測得當前溫度值和電流值，再加上目標溫度值，全部帶入之前推算好的電流預(yù)測公式當中，之后把當前溫度值和目標溫度值之間的差值分為幾個周期，再按照預(yù)測的電流值向硅棒輸出這幾個周期的電流。這樣，預(yù)測電流會使得硅棒溫度不斷提高，直至達到目標溫度值。

2）有時測得的當前電流不是穩(wěn)定的，會有所波動，這就需要對電流進行修正工作?？梢远啻螠y量當前溫度值，算出電流的修正系數(shù)，然后就可以將預(yù)測電流值與電流修正系數(shù)的乘積看作修正后的預(yù)測電流值。通過這樣不停地對預(yù)測的電流值進行修正優(yōu)化，使得電流的波動穩(wěn)定。不會再由于裂棒、接地等原因?qū)е码娏鞑▌樱赃€要適當減少電流而不至于倒棒、停爐。

3 自動控制技術(shù)

1）想要在多晶硅還原工藝中順利運用自動控制技術(shù)，需要對原來的還原工藝進行改造，這其中包括按溫度加減電流程序、功率控制程序和自動擊穿程序等等。對這些工藝進行改進優(yōu)化時，我們需要注意兩點：第一點就是要使得工作人員操作起來方便快捷，因為整個生產(chǎn)過程程序多而雜，如果能夠極大的便利工作人員的操作，后臺切換輕松方便，那么他們對整個生產(chǎn)操作能夠簡單迅速的控制，能夠在很大程度上提高生產(chǎn)效率。第二點是需要簡化程序設(shè)計，舍去一些不必要的復雜運算，避免程序發(fā)生沖突造成的一些資源的浪費和其他一些影響。

具體的還原爐進料、減料控制方式是：根據(jù)6個還原爐內(nèi)外圈電流、電壓，TCS量、氫氣量來做成矩陣控制，根據(jù)進料時間長度及停爐時間來控制進料量，用氫氣量進行修正。

為了方面操作人員的工作，我們給還原爐設(shè)計了三種加電流的方式：按鈕加電流、按電流值加電流、按時間加電流。這樣，操作人員在操作時可以根據(jù)不同的實際情況采取不同的加電流方式。要想選出最適用于當前情況的加電流方式，就需要操作人員具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)，知道各個方式之間互相切換的條件，以及它們各自的適應(yīng)性。

至于還原工藝中的自動擊穿程序，為了防止在擊穿時遇到電氣故障，程序無法正常運行，特意給它設(shè)立了六個復雜的循環(huán)判別條件，這樣，在遇到電氣故障的時候，程序就可以跳過故障部分或者結(jié)束程序。當系統(tǒng)判斷棒接地，將切除此棒所在回路，剩下的棒在時間及尾氣溫度達到要求的情況下自動復起。

2）安全舉措

無論進行什么生產(chǎn)工作，安全往往是最主要的一環(huán)，在多晶硅的還原工藝自動控制技術(shù)上面，我們設(shè)立了連鎖程序，一旦任何一環(huán)出現(xiàn)問題，操作人員都能迅速地找到相關(guān)聯(lián)的點。還優(yōu)化了緊急停爐程序，在出現(xiàn)一些緊急問題的時候，成產(chǎn)過程的停止能夠更迅捷，更徹底。

另外還改造安裝了報警裝置，因為多晶硅的還原工藝是一個間歇進行的過程，在還原爐停爐與啟動的轉(zhuǎn)化過程中，就會出現(xiàn)很多的警告，例如測溫儀，流量開關(guān)等，但這些警告都是無用的，會影響到操作人員的判斷和操作，所以，我們對報警裝置進行了改進處理，對一些報警的情況進行了整理細分，這樣，操作人員不但能第一時間收到警報進行處理，還能有效避免了一些無用的警報。我們還設(shè)置了“ESD投用按鈕”這樣一個按鈕，在還原爐收到一些無用的警報自動停爐時，操作人員可以迅速地使用這樣一個按鈕讓機器迅速回到工作。

4 結(jié)語

總之，要想在不增加投資的前提下做好多晶硅還原工藝的自動控制，就需要結(jié)合目前所有的資源和技術(shù)，建立好所有的程序，才能提高還原過程的自動化程度和生產(chǎn)效率。在進行投料和加電流操作時，由于程序繁多，所以設(shè)立了集中不同的加料，加電流的方法，讓操作人員能夠按照不同實際情況有目的的選擇不同的方法。

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[3] 王建民，姜國煥，郝成.冶金豎爐燒結(jié)溫度的仿真與控制[J].冶金自動化，2004，（5）.

Polysilicon Reduction Process Automatic Control Technology

Gui Wei-bing

This paper analyzes some problems in the polysilicon production process，followed by departure from the system design features and the importance of current prediction module，and fi nally，in the automatic control technology，through the establishment and improvement of a number of programs Increased automation reduction process，but also from the safety analysis of the benefi ts of automatic control technology.

crystal on silicon；reduction process；automatic control technology

TP273

A

1003-6490（2016）01-0041-02

2016-01-29

桂偉兵（1971—），男，湖北黃岡人，工程師，主要從事儀表工作。